Когда звезды умирают, рождаются планеты: новый взгляд на эволюцию галактики

Планеты формируются вокруг молодых звезд в процессе аккреции. Однако материал для новых миров — заслуга не одной материнской звезды. Над его созданием трудились и другие светила, в том числе давно ушедшие в небытие.
 
Планеты отличаются друг от друга не только химическим составом и физическими кондициями. Из двух каменистых планет земного типа на одной жизни не может быть априори. А на другой она может появиться — но это не точно. Источник: https://phys.org/
Ученые из Университета Невады в Лас-Вегасе совместно с коллегами из Открытого университета Израиля представили исследование, которое по-новому раскрывает историю формирования планет в нашей галактике. Их работа, опубликованная в журнале Astrophysical Journal Letters, впервые предлагает комплексную модель, объясняющую, как химическая эволюция Млечного Пути влияет на строение и плотность планет — от далеких экзопланет на периферии галактики до Солнечной системы и, собственно, нашей Земли.

Как звезды «строят» планеты

Согласно выводам исследователей, ключевые элементы, из которых формируются планеты, — кислород, кремний, железо, никель и другие — рождаются внутри звезд. В ходе своей эволюции звезды синтезируют вещества, которые после их гибели попадают в межзвездное пространство, становясь строительным материалом для новых миров.

Главную роль играет время: разные типы звезд живут и умирают с разной скоростью. Массивные светила сгорают за десятки миллионов лет и выбрасывают в космос сравнительно легкие элементы — кислород, магний, кремний. Они составляют внешние оболочки планет. Менее массивные звезды существуют миллиарды лет и в финале своей эволюции обогащают окрестности более тяжелыми элементами, такими как железо и никель. Именно эти вещества формируют плотные ядра планет, включая металлическое земное ядро.

Предполагаемые размеры разных типов планет.Источник: Википедия

Почему древние планеты легче

Ведущий автор работы, доцент кафедры физики и астрономии Университета Невады Джейсон Стеффен пояснил, что материя, из которой образуются планеты, напрямую зависит от того, какие звезды уже завершили свой жизненный путь. По этой причине старые каменистые планеты оказываются менее плотными, чем молодые миры вроде Земли. Когда галактика была еще «молода», в ней преобладали продукты взрывов массивных звезд — планеты формировались в основном из легких элементов. Позднее, когда умерло больше маломассивных звезд, в космос стало попадать больше железа и никеля, что позволило планетам обзаводиться плотными металлическими ядрами.

Эволюция звездного населения Млечного Пути определяет не только химический состав планет, но и их пригодность для жизни. Состав и плотность планетарного материала менялись с течением времени, и только спустя миллиарды лет в галактике появились условия, при которых смогла возникнуть жизнь.

Модель профессора Стеффена написана для Млечного Пути, но, вероятно, подходит и для других галактик.Источник: https://commons.wikimedia.org/

От моделей к пониманию галактики

Исследовательская группа Стеффена не впервые создает компьютерные модели для изучения процессов в космосе. Однако именно сейчас ученые смогли объединить накопленные знания в единую систему, которая отражает взаимосвязь между жизненным циклом звезд и характеристиками планет.

У нас уже были все элементы головоломки. Просто требовалось подходящее наблюдение, чтобы соединить их воедино. Когда появились новые данные, мы добавили всего несколько строк кода — и получили модель, описывающую эволюцию целой планетной системы.

Джейсон Стеффен
астрофизик

Почему это важно

Результаты работы проливают свет на фундаментальный вопрос: почему во Вселенной такие разные планеты. Они показывают, что разнообразие экзопланет — не случайность, а следствие постепенного обогащения галактики тяжелыми элементами. Понимание этой связи помогает астрономам не только оценивать вероятность существования «второй Земли», но и уточнять временные рамки, когда во Вселенной вообще могли возникнуть условия для жизни.

Звезды — термоядерные реакторы, производящие тяжелые элементы. Но чтобы создать достаточно много железа и никеля, нужны миллиарды лет. В ранней Вселенной у планет не было ядер, они были легкими и не способными удержать атмосферу и воду, которые нужны для появления и развития жизни. Источник: NASA/CXC/SAO/M

Новое исследование не просто добавляет детали к мозаике формирования миров — оно показывает, что сама история звезд определяет судьбу будущих планет. Когда звезда умирает, она не исчезает бесследно: ее останки становятся началом чего-то нового. Так, смерть одних светил дарит жизнь другим — и, возможно, однажды именно такой процесс породил наш дом, планету Земля.